Python數據分析與數據可視化（微課版）

本書詳細講解Python擴展庫NumPy、Pandas、Matplotlib在數據分析與數據可視化領域的應用。全 書共3章，第1章講解基於NumPy的數組運算、矩陣運算、多項式計算及傅里葉變換等內容；第2章講解 基於Pandas的數據讀寫、生成、訪問、修改、刪除、分析與處理等內容；第3章講解基於Matplotlib的折 線圖、散點圖、柱狀圖、餅狀圖、雷達圖、箱線圖、小提琴圖、風矢量圖、等高線圖、樹狀圖、三維 圖形等各種圖形繪制技術以及繪圖區域切分、軸域屬性設置、坐標軸屬性設置、圖例屬性設置、動態 圖形繪制、交互式圖形繪制等內容。 本書可以作為數據科學與大數據、電腦科學與技術、統計、信息管理、數字媒體技術、辦公自 動化以及相關專業研究生、本科生、專科生的教材，也可以作為相關從業人員的工具書或Python愛好 者的進階自學用書。

目  錄

 

 

第1 章 NumPy數組運算與矩陣運算.................................................................001

 

 

1.1 數組運算與相關操作..............................................................................................002

1.1.1 創建數組...................................................................................................003

1.1.2 訪問數組中的元素...................................................................................015

1.1.3 修改數組中的元素值...............................................................................021

1.1.4 增加與刪除元素.......................................................................................025

1.1.5 測試兩個數組的對應元素是否足夠接近...............................................028

1.1.6 數組與標量的運算...................................................................................028

1.1.7 數組與數組的運算...................................................................................029

1.1.8 排序...........................................................................................................031

1.1.9 點積運算...................................................................................................034

1.1.10 向量叉乘.................................................................................................038

1.1.11 張量積.....................................................................................................038

1.1.12 數組對函數運算的支持.........................................................................039

1.1.13 函數向量化.............................................................................................043

1.1.14 改變數組形狀.........................................................................................045

1.1.15 布爾運算.................................................................................................048

1.1.16 分段函數.................................................................................................050

1.1.17 數組堆疊與合並.....................................................................................051

1.1.18 數組拆分.................................................................................................052

1.1.19 轉置.........................................................................................................053

1.1.20 查看數組元素符號.................................................................................054

1.1.21 數組元素累加與累乘.............................................................................055

1.1.22 數組的集合運算.....................................................................................059

1.1.23 數組序列化與反序列化.........................................................................060

1.1.24 查看數組特徵.........................................................................................060

1.1.25 轉換數組數據類型.................................................................................065

1.1.26 捲積運算.................................................................................................066

1.1.27 數組翻轉與旋轉.....................................................................................066

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1.1.28 愛因斯坦標記法.....................................................................................068

1.2 矩陣運算與相關操作..............................................................................................070

1.2.1 創建矩陣...................................................................................................070

1.2.2 訪問矩陣元素...........................................................................................071

1.2.3 矩陣轉置...................................................................................................071

1.2.4 矩陣加法與減法.......................................................................................072

1.2.5 矩陣乘法...................................................................................................072

1.2.6 計算相關系數矩陣...................................................................................073

1.2.7 計算樣本方差、協方差、標準差...........................................................073

1.2.8 計算特徵值與特徵向量...........................................................................074

1.2.9 計算行列式...............................................................................................075

1.2.10 計算逆矩陣.............................................................................................076

1.2.11 計算向量和矩陣的範數.........................................................................079

1.2.12 求解線性方程組.....................................................................................080

1.2.13 計算矩陣的條件數.................................................................................081

1.2.14 奇異值分解.............................................................................................082

1.2.15 計算矩陣的秩.........................................................................................084

1.2.16 QR 分解...................................................................................................084

1.2.17 Cholesky分解......................................................................................085

1.3 多項式計算..............................................................................................................085

1.4 傅里葉變換與反變換..............................................................................................088

1.5 應用案例..................................................................................................................090

本章習題............................................................................................................................092

第2 章 Pandas數據分析與處理實戰...........................................................093

 

 

2.1 數據分析與處理概述..............................................................................................094

2.2 Pandas 一維數組....................................................................................................094

2.2.1 日期時間數據處理與相關操作...............................................................095

2.2.2 區間數據處理與相關操作.......................................................................105

2.2.3 Categorical 數據處理與相關操作......................................................106

2.2.4 Series數據處理與相關操作.................................................................109

2.3 Pandas 二維數組DataFrame...............................................................................119

2.3.1 創建DataFrame 對象.............................................................................119

2.3.2 查看統計信息...........................................................................................120

2.3.3 排序...........................................................................................................121

2.3.4 數據選擇與訪問.......................................................................................124

IV 

 

 

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2.3.5 數據修改...................................................................................................131

2.3.6 缺失值、重復值、異常值處理...............................................................140

2.3.7 數據離散化...............................................................................................152

2.3.8 頻次統計...................................................................................................153

2.3.9 向量化與唯一元素...................................................................................154

2.3.10 拆分與合並.............................................................................................155

2.3.11 分裂操作.................................................................................................160

2.3.12 分組與聚合.............................................................................................162

2.3.13 數據差分.................................................................................................175

2.3.14 透視表.....................................................................................................176

2.3.15 交叉表.....................................................................................................179

2.3.16 啞變量.....................................................................................................180

2.3.17 相關系數.................................................................................................182

2.3.18 多級索引.................................................................................................183

2.3.19 選項設置.................................................................................................186

2.3.20 讀寫文件.................................................................................................189

2.3.21 設置樣式.................................................................................................192

2.3.22 swifter 加速........................................................................................196

2.3.23 繪制圖形.................................................................................................197

2.4 Pandas 應用案例....................................................................................................205

本章習題............................................................................................................................214

第3 章 Matplotlib數據可視化實戰..............................................................215

 

 

3.1 數據可視化庫Matplotlib 基礎..........................................................................216

3.2 繪制折線圖..............................................................................................................219

3.3 繪制散點圖..............................................................................................................255

3.4 繪制柱狀圖..............................................................................................................265

3.5 繪制餅狀圖..............................................................................................................287

3.6 繪制雷達圖..............................................................................................................293

3.7 繪制箱線圖..............................................................................................................298

3.8 繪制小提琴圖..........................................................................................................299

3.9 繪制風矢量圖..........................................................................................................301

3.10 繪制等高線圖........................................................................................................304

3.11 繪制樹狀圖............................................................................................................306

3.12 繪制三維圖形........................................................................................................307

3.13 繪圖區域切分........................................................................................................317

V 

 

 

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VI 

3.14 設置圖例樣式........................................................................................................321 

3.15 設置坐標軸屬性....................................................................................................326 

3.16 事件響應與處理....................................................................................................335 

3.17 繪制動態圖形........................................................................................................361 

本章習題............................................................................................................................370 

參考文獻..................................................................................................................372